Sådan vælger du det rigtige aktiveffektfilter til din applikation
Efter oversigten over aktive strømfiltre i den første artikel vil denne anden artikel diskutere driftsprincippet og hovedfunktionerne for disse enheder.
Driftsprincip
Shunt-APF’er håndterer komponenterne i strømmen fra et bestemt udstyr, der producerer strømkvalitetsproblemer, eller som skal overholde visse energieffektivitets- eller netkrav.
Først måler/registrerer de problemerne i strømmen fra udstyret. Dette gøres ved at bruge strømtransformere installeret i nærheden af det udstyr, der genererer problemerne, eller som skal overholde kravene. For at sikre en god shunt-APF-ydelse skal disse strømtransformere overholde visse krav. For lavspændingsinstallationer anbefales det, at de har klasse 1-nøjagtighed eller bedre (0,5 foretrækkes). For højspændingsinstallationer anbefales det, at de har klasse 0,2 nøjagtighed eller bedre (0,1 foretrækkes).
Så syntetiserer de en strøm, der negerer de problematiske strømninger. Dette opnås ved at “forme” kompensationsstrømbølgeformen (IAPF) gennem passende IGBT-switching. Formen på kompensationsstrømmen opnås ved at måle udstyrsstrømmen (IEQUIP) og trække den fra en sinusformet reference.
Når kompensationsstrømmen injiceres tilbage i det elektriske strømsystem, eliminerer denne strøm problemerne fra udstyret eller mindsker dem til det niveau, som brugeren kræver.
Kombinationen af kompensationsstrømbølgeformen (IAPF) og udstyrsstrømmen (IEQUIP) ligner en resistiv belastning af det elektriske strømsystem, afbalanceret, med meget lav forvrængning og enhedseffektfaktor.
For at kunne indsprøjte kompensationsstrømmen i AC-elektricitetssystemet skal DC-spændingen på DC-bussen på shunt APF altid være højere end AC-systemspændingen. For at gøre dette muligt er det vigtigt, at shunt-APF’en er forsynet med en nøjagtig DC-link kondensatorspændingsreguleringsalgoritme.
Hovedfunktionen af denne algoritme er at estimere mængden af DC-link-ladestrøm, som shunt-APF’en behøver for konstant at opretholde DC-link-spændingen (VDC) på et ønsket niveau. Denne algoritme sammenligner kontinuerligt den målte DC-link-spænding med en forudbestemt sætpunktsværdi og minimerer den resulterende fejl ved at bruge enten proportional-integral eller fuzzy logik-styringsteknikker via en spændingskontrolsløjfe.
Funktioner
I princippet kan en shunt-APF korrigere en lang række strømkvalitetsproblemer såsom harmonisk forvrængning (af enhver fasesekvens), reaktiv grundfrekvent effekt (ikke-enhedsforskydningsfaktor), fundamentale komponenter i negativ sekvens (ubalancekomponenter), nul- sekvens fundamentale komponenter (neutral linjestrøm) og spændingsudsving. En shunt APF kan også understøtte udviklingen af ren energi ved effektfaktorkorrektion og reduktion af energitabene i det elektriske kraftsystem.
Det er fristende at overveje, at alle de forskellige strømkvalitetsproblemer og netkodekrav kan løses ved blot at tilføje kontrolfunktioner til den grundlæggende shunt APF-inverter og styresystem. Hver korrigerende handling bidrager dog til inverterens volt-ampere-klassificering og dermed til prisen på enheden. Kompensation af ubalance og spændingsudsving har også implikationer for DC-side energilageret, da energistrømmene repræsenteret ved spidser i den øjeblikkelige effekt kan være store.
De vigtigste funktioner, som normalt shunt-APF’er kan give, kan opsummeres i:
- Effektfaktorkorrektion (PFC).
- Eliminering af harmoniske og interharmoniske.
- Reduktion af spændingsvariationer (sænkninger og dønninger).
- Afbødning af spændingsudsving (flimmer).
- Lastbalancering.
- Kontrolleret og valgbar harmonisk generering.
Effektfaktorkorrektion (PFC)
Lav effektfaktor er typisk forårsaget, når induktive eller kapacitive belastninger som motorer, transformere, kabler eller belysning er til stede i det elektriske strømsystem. Andre bidragydere til lav effektfaktor er harmoniske strømme produceret af ikke-lineære belastninger eller vedvarende generatorer eller ændringen af belastningen i det elektriske kraftsystem.
Shunt-APF’er detekterer fasevinkelforskellen forårsaget af induktive eller kapacitive belastninger, og de genererer og injicerer i realtid førende eller efterslæbende strøm ind i det elektriske strømsystem, hvilket gør fasevinklen for strømmen den samme som den for spændingen, hvilket bringer fundamental effekt faktor til enhed.
Eliminering af harmoniske og interharmoniske
De fleste elektriske strømsystemer er ikke designet til at understøtte de ikke-lineære belastninger og vedvarende generatorer, som i dag udgør en stor procentdel af det installerede udstyr. Et af de største problemer med strømkvaliteten, som disse enheder medfører, er harmoniske og interharmoniske strømme og spændinger.
Shunt APF’er kan eliminere strøm- eller spændingsovertoner (ulige og lige) og interharmoniske ved at indsprøjte det harmoniske og interharmoniske strømsignal målt i det elektriske strømsystem. Det indsprøjtede strømsignal er af samme størrelse, men modsat i fase af det målte signal.
Reduktion af spændingsvariationer (sænkninger og dønninger)
Nogle strømkvalitetsfænomener opstår ekstremt hurtigt, hvilket kræver, at afhjælpningen er endnu hurtigere. Hvis installationen er påvirket af spændingsfald eller spændingsudsving skabt af belastningerne, kan en shunt APF med hurtig responstid være løsningen til at reducere disse spændingsvariationer og beskytte følsomme belastninger mod disse forstyrrelser.
Shunt APF’er kan understøtte installationens spænding via reaktiv effektindsprøjtning. De kan overvåge spændingen af det elektriske strømsystem, som de er tilsluttet, og bestemme den korrekte mængde reaktiv effekt, der er nødvendig for enten at hæve systemspændingen eller sænke den. De kan injicere kontinuerligt førende reaktiv effekt for at hæve spændingen og forsinket reaktiv effekt for at sænke spændingen.
Mængden af reduktion af spændingsvariationer, som shunt-APF’er kan give for at holde det elektriske strømsystem inden for dets angivne spændingstoleranceniveau afhænger af systemparametre som impedanser og kan ikke specificeres alene. Enheden kan kun specificeres for den nominelle kapacitet af strøm og reaktiv effekt, der kan bruges til reduktion af spændingsvariationer.
Reduktion af spændingsudsving (flimmer)
Shunt APF’er er en meget omkostningseffektiv løsning til at levere øjeblikkelig spændingsudsvingsbegrænsende funktionalitet. De kan afbøde spændingsudsving forårsaget af belastningen ved at give en hurtig detektering og indsprøjtning af den nødvendige reaktive strøm. Dette forhindrer systemets reaktive strøm i at overbelaste netværket og forårsage hurtige spændingsafvigelser, også kendt som spændingsudsving eller flimmer.
Mængden af afbødning, som shunt-APF’er kan give, afhænger af systemparametre som impedanser og kan ikke specificeres alene. Enheden kan kun specificeres for den nominelle kapacitet af strøm og reaktiv effekt, der kan bruges til at afbøde spændingsudsving.
Lastbalancering
Brug af enfasede belastninger eller enfasede generatorer på et trefaset elsystem resulterer i ubalancerede forhold i systemet. De ubalancerede strømme resulterer i ubalancerede spændinger og påvirker andre belastninger og generatorer forbundet til det elektriske kraftsystem. Ubalancerede forhold forårsager også for store neutrale strømme, hvilket resulterer i overophedning af transformatorer, strømtab og generelt lavere systemeffektivitet. Derfor er belastningsbalancering med til at forbedre systemets strømkvalitet og effektivitet.
Shunt APF’er bruger strømstyring til at levere belastningsbalancerende funktionalitet i trefasede systemer. De kan give belastningsbalancering med dens fulde nominelle kapacitet. Hvordan dette forholder sig til effekt afhænger af variabler som belastningseffektfaktor. De kan også afbalancere systemspændinger, hvis ubalancen er forårsaget af ubalanceret aktiv eller reaktiv effekt af belastningen.
Kontrolleret og valgbar harmonisk generering
Kontrolleret og valgbar harmonisk indsprøjtning i realtid kan bruges til at validere ydeevnen af forskellige komponenter i det elektriske kraftsystem. Harmoniske injektionstest er også i mange tilfælde et obligatorisk krav under fremstillingsprocestests, fabriksaccepttests (FAT) eller site acceptance tests (SAT) af elektrisk udstyr.
Shunt-APF’er kan fungere som trefasegeneratorer i realtid af harmoniske strømme. De kan bruges til at teste elektrisk udstyr i et realistisk miljø med stedlignende forhold. For eksempel kan en shunt APF samtidigt belaste det testede udstyr med grundstrøm plus specificerede harmoniske strømme, der også kan modificeres med hensyn til amplitude.
Christina Brædder
CEO Ample A/S
Christina Brædder er uddannet kemiingeniør med speciale indenfor analytisk kemi, og har lederuddannelse indenfor markedsføring. Hun har siden 1999 erhvervet en bred europæisk erfaring inden for elkvalitet og elektrisk beskyttelse samt præsenteret tekniske publikationer, og fungeret som inspirator for forfattere, lektorer og studerende i uddannelsessektoren.
I dag er hun en alsidig og dygtig leder af nichevirksomheden Ample A/S, som har særlig fokus på proces- og energioptimering samt levetidsforlængelse for el-tekniske anlæg f.eks. transformerstationer og forsyningstavler mv. Hun er også leder af Proswede El AB, som sælger og markedsfører el-komponenter i Norden indenfor elkvalitet, elektrisk beskyttelse og automation. Hun har været en førende ekspert i flere lederstillinger hos Eaton, SIBA GmbH og Siemens.
Forretnings- og markedsudvikling baseret på højteknologiske løsninger er hendes dybtliggende passion.
© Copyright 2024 Ample A/S, Alle rettigheder forbeholdes
Dette dokument indeholder oplysninger tilhørende Ample A/S og må ikke gengives helt eller delvist eller videregives uden forudgående skriftlig tilladelse fra Ample A/S.